微纳坐标测量机间接校准方法的探究

针对微纳坐标测量机的高精度性能指标无法精确校准的问题,提出了一种间接校准的方案。使用量块及标准球板校准微纳坐标测量机的尺寸测量示值误差,用标准球校准仪器的探测误差。并对中国计量科学研究院的微纳坐标测量机进行了校准实验,实验结果表明,该仪器的尺寸测量示值误小于0.2μm,探测误差仅为0.125μm,校准结果均优于仪器的最大允许误差,验证了校准方案的合理可行性。     

用于纳米级表面形貌测量的光学显微测头

为了满足纳米级表面形貌样板的高精度非接触测量需求,研制了一种高分辨力光学显微测头。以激光全息单元为光源和信号拾取器件,利用差动光斑尺寸变化探测原理,建立了微位移测量系统,结合光学显微成像系统,形成了高分辨力光学显微测头。将该测头应用于纳米三维测量机,对台阶高度样板和一维线间隔样板进行了测量实验。结果表明：该光学显微测头结合纳米三维测量机可实现纳米级表面形貌样板的可溯源测量,具有扫描速度快、测量分辨力高、结构紧凑和非接触测量等优点,对解决纳米级表面形貌测量难题具有重要实用价值。     

整体叶盘测量机参数标定的关键技术

为解决整体叶盘生产过程中原位检测的问题,设计了专用的关节臂式坐标测量机.该测量机采用具有直线-直线-旋转运动的结构形式,在有限的运动空间内实现了较大范围的测量,满足了测量需求.为标定测量机直行轴与旋转轴之间的平行度误差,提出用平台和方尺作为水平面和铅垂面的实物体现的标定方法,该方法简便易行.经过标定与误差补偿,测量机的测量不确定度小于0.01 mm,符合设计要求.标定结果良好的重复性证明了该方法的正确性.     

激光微型靶丸位置检测中的图像分析与精度测试

在高功率激光实验装置中,为了实现多路激光精确瞄准到实验靶上,需对实验靶进行高精度定位。根据检测装置需要,建立了一套基于视觉系统的实验靶位置测量模拟系统,从而实现高精度靶瞄准与靶定位检测。本文从利用改进的均值漂移(MeanShift)算法对靶丸图像进行预处理出发,分析光照变化对靶丸中心点检测的影响,并通过相关系数模板匹配方法对靶丸端面中心进行计算分析,利用图像聚焦度分析离焦量对靶丸中心位置检测的影响。实验结果表明,图像检测系统分辨率为0.4μm,最小位移测量精度为1.2μm;当靶面图像离焦量在-10～30μm范围内时,靶丸中心位置的漂移量小于1μm,能够满足靶丸位置检测误差不大于8μm的要求。     

基于距离约束的关节式坐标测量机蛙跳测量方法研究

针对关节式坐标测量机(ACMM)在大尺寸工件的检测过程中测量范围有限且误差较大的问题,提出了一种基于距离约束的ACMM的蛙跳测量方法。在ACMM进行坐标转换的过程中,利用蛙跳球作为公共基准点,用高精度的三坐标测量机对蛙跳球之间的空间位置关系进行标定。在计算坐标转换参数的过程中,将任意两蛙跳球之间的位置关系作为距离约束条件,消除测量过程中产生的粗大误差并优化坐标转换模型的参数,以提高坐标转换精度。实验结果表明:距离约束能够有效地提高坐标转换参数的精度,同时增加公共基准点的个数会较大地提高蛙跳测量精度。     

基于激光跟踪仪折射补偿的三维模体定位精度原位检测方法

提出了基于激光跟踪仪折射补偿的三维模体定位精度原位检测方法,建立了ADM和IFM测距误差补偿与靶球空间位置坐标求解模型,进行了理论模型验证实验与三维模体定位精度检测对比实验,实现了激光跟踪仪在玻璃介质下的高精度测量。实验结果表明:X、Y、Z坐标补偿前后的平均偏差分别由3.410mm、0.407mm、1.732mm减小到0.022mm、0.015mm、0.035mm,相邻点距离的平均偏差由0.266mm减小到0.017mm,与空气中激光跟踪仪的测量精度相当。在此基础上,以无玻璃遮挡的悬挂式检测方法为基准,两种方法测得的定位误差基本吻合。最后,利用蒙特卡洛法分析得到相邻点距离测量误差的标准差为0.012mm,满足检测要求。     

用PC-DMIS软件自动测量类环形平面平面度的方法

正当今坐标测量机已经是一种类似万能测量机的计量检测设备,坐标测量机在检测过程中经常遇到类环形零件的平面度测量,该类零件主要用于表面密封接触,零件表面平面要求非常严格。仔细分析该类零件,形状类似、大小不一,以往的测量方法都是用手工测量,这种方法要求测量人员的技术水平高,测量过程平稳,否则就会造成重复性差,测量数据不稳定;在Global坐标测量机上直接运用PC-DMIS软件对这类零件自动测量又无先例。     

基于量子遗传算法的圆度误差测量研究

提出采用量子遗传算法,以提高圆度测量精度。首先用最小二乘法拟合获得建模数据中圆度图像的圆心坐标和半径;再通过圆度计算剔除不符合要求的圆度;然后用量子遗传算法进行多进制编码,量子旋转门非固定步长调整更新;最后给出圆度误差测量流程。实验仿真显示该算法获得了精确的测量数值,与三坐标测量机测量结果误差相差小于0.005 8 mm,半径相对误差小于0.19%,测量最大误差均在0.01%以内,同时最大误差波动比较平稳,测量不确定度比其它方法值较低。     

移动桥式三坐标测量机Z轴运动的动态误差

分别从理论上和实验上对移动桥式三坐标测量机Z轴运动的动态误差进行了分析，对Z轴进行了力的分析。用激光干涉仪对Z轴运动时的主要动态误差进行了测量，指出了此时影响动态误差的因素。提出了改进移动桥式三坐标测量机设计的措施，为移动桥式三坐标测量机实现高速测量状态下的高精度提供了依据。     

面向任务的坐标测量机测量不确定度评价方法

针对坐标测量机多不确定度源的分析和合成难题,利用基于球列的坐标测量机21项几何运动误差分离方法和蒙特卡洛模拟算法实现坐标测量机面向任务测量不确定度评价,并建立了基于"互联网+"的坐标测量机的溯源服务体系.省市计量院作为溯源网络节点,协助进行数据采集,包括误差参数、环境参数和仪器参数等.当用户需要进行特定任务测量时,将测量策略发送到中国计量科学研究院并通过网络将结果反馈给客户.该溯源网络在一定程度上减小了溯源链的长度,实现了计量的扁平化.     

基于坐标测量机的铁路轮对参数的测量方案

设计了一种基于三坐标测量机的轮对几何参数自动测量装置,对其主要结构和工作原理作了详细分析,并给出来轮对几何参数的计算式。该测量装置结合了三坐标测量机测量精度高和自动测头智能化程度高的特点,可实现工件的自动、批量化检测,它对于解决目前轮对测量手段落后、测量误差大、劳动强度高等问题具有一定的实际意义。     

大尺寸航空发动机叶片的高效型面检测方法

介绍了一种基于三坐标测量机的高效型面检测方法。在传统叶片型面测量方法基础上,优化了传统扫描路径,提出了分区域、曲率自适应变速扫描方法,有效地解决了大尺寸叶片传统测量方法中频繁更换测针的问题。研究了一种过度扫描策略,通过高级编程对采集数据进行滤波,并采用数学拼接的方法得到完整叶型封闭曲线,用来分析叶片的几何参数。提出的大尺寸叶片检测方法在保证检测精度的同时,提高约40%的检测效率,并完善了传统检测方法叶型曲线不完整的问题。     

Application of the astigmatic method to the thickness measurement of glass substrates

We developed a high accuracy thickness measurement system for glass substrates based on the optical design of the astigmatic method. The astigmatic optical system includes a laser diode, a cylindrical lens, a convex lens, and a quadrant detector. This method measures the astigmatic focusing error signal induced from the measured glass placed in the astigmatic optical system. The astigmatic focusing error signal is converted into the thickness of the glass substrate. The proposed glass thickness measurement system is verified by using a coordinate measuring machine (CMM). The accuracy of the proposed system is 0.2 microm, with a standard deviation of 0.7 microm within the thickness measuring range of 1.2 mm.     

基于CMM测量的航空发动机叶片型面误差分离技术

针对三坐标测量机检测叶片型面数据处理的关键问题,提出一种叶片型面误差分离方法。采用等高法测量叶片,给出了叶片型面公差评估指标的计算方法和误差分离的原则与步骤。在数据处理时采用最小区域法对测量点和理论截面轮廓线对应点进行匹配,建立了匹配目标函数,采用DFP变尺度算法对其求解,并通过第2次匹配消除建立坐标系误差的影响,以分离出叶片型面线轮廓度误差、扭转误差和位置度误差来判定叶片型面误差是否合格。最后通过实例证明了该方法的实用性和有效性。     

Sculptured surface reconstruction from CMM measurement data by a software iterative approach

The reverse engineering approach is being widely applied in designing and manufacturing of sculptured surfaces. The first step in the reverse engineering process is collection of data lying on the surface. When using a coordinate measuring machine (CMM) with a touch trigger probe for digitizing data points, the probe radius must be compensated according to normal vectors. Previous works were addressed on the iterative measurement procedure to reduce the error caused by the compensation. The major problem of iterative methods is time consumption in digitization. This paper proposes a new architecture based on look-up table that keeps the estimated normal vectors of the measurement data to refine the data points digitized by CMM. The digitized data are first fitted into several NURBS curves by interpolation. The skinning method is then applied to interpolate these curves. Thus a smooth NURBS surface can be constructed and more accurate normal vectors of the measurement points can be obtained to compensate for the probe radius. By using this software iterative technique, we need only one digitization procedure. Therefore, much time can be saved and the efficiency of reverse engineering can be improved.     

Haptic modeling for a virtual coordinate measuring machine

Introducing a haptic device into coordinate measuring machine (CMM) inspection path planning leads to the proposal of a novel CMM off-line inspection path planning environment, a haptic virtual coordinate measuring machine (HVCMM), which makes use of the haptic modeling technique for CMM off-line programming. The HVCMM is an accurate model of a real CMM, which simulates a CMM's operation and its measurement process in a virtual environment with haptic perception. In this paper, a simple and effective mechanics model is implemented for the proposed HVCMM. The HVCMM enables CMM off-line programming to take place exactly as if an operator were in front of a real CMM and moving a real CMM probe. Even more, operators can feel the collision between the CMM and a part. Since there is a force feedback when the probe reaches the surface of the part, besides showing the contact in the HVCMM environment, it is much easier to generate a collision-free probe path than using other off-line inspection planning methods. The HVCMM not only facilitates inspection path planning, but also speeds it up because the operator does not need to slow the probe down when it is approaching an object. Combined visual and force feedback is the best indicator for selecting measurement points.     

微纳米三坐标测量机三轴垂直度误差测量及建模补偿

垂直度误差是微纳米三坐标测量机的重要误差源之一,必须对其进行高精度测量并建立垂直度误差的补偿模型.采用基于光电位置敏感器件(PSD)的测量装置,先将三轴垂直度误差转化成相应方向的直线度误差再对其进行测量,并对微纳米三坐标测量机的垂直度误差进行建模和补偿.通过对0级标准量块厚度进行测量和垂直度误差补偿,量块X、Y方向厚度...     

关节臂式坐标测量机的运动学建模与误差研究

设计了一种新型仿人手臂结构的关节臂式坐标测量机,建立了测量机的坐标系统,在此基础上建立了测量机的四参数D-H运动学模型.在Matlab软件中利用Robotics Toolbox建立了测量机的仿真模型,并对测量机进行了图形仿真,仿真结果验证了四参数D-H运动学模型的正确性.利用Visual C++编制出数据采集软件,实现了从测量机关节空间到工作空间的映射.通过对关节臂式坐标测量机的误差分析,提出了提高测量机精度所应采取的措施,为进一步进行测量机的参数标定和误差补偿提供了理论基础.     

叶片型面测量编程与误差处理技术

针对航空发动机叶片三坐标测量机(CMM)测量,进行了自动测量编程与误差处理两个方面的研究。提出了一种基于已知叶片CAD模型提取测量点理论坐标值与计算法向矢量的方法,矢量计算采用微平面法。数据处理时,采用ICP算法进行配准消除了系统误差,从而得到叶片型面误差。开发了测量点坐标值与矢量计算以及配准程序。实例证明该方法可靠、有效。